Введение к работе
Актуальность темы. Одной из существенных особенностей современного этапа научно технического прогресса является стремительное развитие инфокоммуникационных систем (ИКС) и их транспортной основы - телекоммуникационных систем (ТКС). В настоящее время в нашей стране широко развернуты работы по реализации федеральной целевой программы «Электронная Россия». Одной из основных целей программы является повышение эффективности функционирования экономики, государственного управления и местного самоуправления за счет внедрения и массового распространения информационных и телекоммуникационных технологий. Это направление развития нашего общества является отражением объективных процессов, реально протекающих в мировом сообществе, обусловливается переходом от индустриального общества к информационному (постиндустриальному). Реализация перехода возможна только на основе создания соответствующей информационной инфраструктуры. Создание информационной инфраструктуры предполагает реализацию взаимосвязанной совокупности баз данных, средств обработки информации, телекоммуникационных систем и пользовательских терминалов.
Большое количество современных ТКС являются мультисервисными гетерогенными системами, разработка которых требует постоянного осмысления тенденций их развития, направлений совершенствования технологий информационного обмена и топологии их построения. В качестве превалирующей тенденции развития ТКС в настоящее время рассматривается реализация концепции NGN (Next Generation Network). Концепция создания NGN отражает тенденции объективного процесса конвергенции действующих и перспективных сетей связи различного назначения, осуществляемой под эгидой большого количества международных организаций, специализирующихся на разработке нормативной базы в сфере телекоммуникаций.
В условиях высокой динамики развития телекоммуникационной сферы одной из основных проблем, стоящей перед разработчиками ТКС, является проблема оценки целесообразности выбора из большого многообразия новых сетевых технологий и реализующих их программно-аппаратных средств, практически ежегодно появляющихся на телекоммуникационном рынке, одной или нескольких совместимых технологий (не исключая разработку собственных). В этих условиях существенно
возрастает роль систем автоматизированного проектирования ТКС, развитие которых выделилось в настоящее время в отдельное направление решения проблемы искусственного интеллекта.
Близкими по содержанию к задачам разработчиков ТКС, решаемым на этапе обосновании целесообразности выбора базовых телекоммуникационных технологий, являются задачи, стоящие перед специалистами, осуществляющими экспертизу качества технических решений, предлагаемых в ходе проектирования ТКС. В рассматриваемом случае в качестве экспертов могут выступать либо представители заказывающих организаций, либо специально создаваемые группы независимых экспертов. Процесс создания ТКС должен происходить в непрерывном соревновательном взаимодействии экспертов и разработчиков системы. При этом соревновательный характер процесса взаимодействия должен быть направлен на решение задач повышения качества проекта в целом, так, чтобы содержание соревновательности, в терминах теории игр, могло быть сформулировано как многошаговая позиционная неантогонистическая игра, предполагающая приблизительно равные возможности сторон.
Вместе с тем, практика показывает, что разработка сложных технических систем осуществляется на основе широкого использования средств САПР и, как правило, большими коллективами специалистов в области телекоммуникаций, составляющих в совокупности полноценные предприятия – системные интеграторы, активно взаимодействующие с проектными организациями. Тогда как экспертная деятельность, в большинстве случаев, осуществляется небольшой группой специалистов в той или иной области телекоммуникаций с минимальным использованием средств автоматизации.
Кроме того, как показывает практика, организация экспертной деятельности в сфере телекоммуникационных проектов очень часто сводится к субъективной оценке экспертом (группой экспертов) степени соответствия представленных разработчиком материалов (отчетов, оборудования, сегментов, опытных участков ТКС и т.д.) субъективно же сформулированным требованиям технического задания. При этом в ходе формирования экспертного заключения, в лучшем случае, используются коллективные методы работы (обмен мнениями, «мозговой штурм», метод «суда» и т.д.). Методы, направленные на снижение организационных сложностей коллективной работы, а так же методы снижения степени субъективности экспертных оценок на практике, как правило, не используются.
Результаты анализа реальных соотношений сил и средств участников проектов ТКС и организации их деятельности явно указывают на то, что процесс экспертной деятельности должен быть автоматизирован не в меньшей степени, нежели процесс разработки системы. Вместе с тем, каких-либо концептуальных решений по разработке автоматизированных систем поддержки принятия экспертного решения о качестве проектных решений, предлагаемых разработчиками для реализации в ТКС в ходе проектирования системы, к настоящему времени не выработано.
Результаты анализа перспективным направлений автоматизации процесса принятия экспертного решения в различных областях знаний показали, что наиболее действенными являются подходы, связанные с разработкой экспертных систем как самого востребованного практикой направления развития интеллектуальных систем.
Поэтому, решение комплекса взаимоувязанных научных задач, составляющих в совокупности проблему разработки методологии создания и внедрения телекоммуникационных экспертных систем (ТКЭС) в процесс экспертизы телекоммуникационных проектов, является в настоящее время особенно актуальным.
При разработке телекоммуникационных экспертных систем необходимо учитывать объективные различия между экспертной деятельностью и оценочной составляющей деятельности разработчиков в процессе проектирования ТКС. Основное различие состоит в том, что приоритетными объектами экспертной деятельности являются внешние (потребительские) свойства системы, тогда как оценочный аспект деятельности разработчиков требует, прежде всего, оценки качества конкретных технических решений по полному перечню решаемых задач проектирования (оценка внутренних свойств разрабатываемой системы). Поэтому алгоритмическое обеспечение ТКЭС должно разрабатываться с учетом направленности на формирование экспертных оценок, основанных на анализе значений некоторых обобщенных показателей качества проектируемой системы, характеризующих особенности предлагаемых к реализации системообразующих технических решений и непосредственно отражающих существенные свойства проектируемой ТКС, определяющие технический облик системы в целом.
Таким образом, возникшее и непрерывно углубляющееся в настоящее время объективное противоречие между субъективным характером формирования экспертных оценок качества проекта ТКС, с одной стороны, и ростом степени обоснованности проектно-технических решений на основе широкого внедрения в процесс разработки средств САПР, с другой стороны, должно преодолеваться на основе разработки и внедрения телекоммуникационных экспертных систем, позволяющих автоматизировать деятельность немногочисленных по составу и разнородных по специализации групп экспертов. Рост степени объективности экспертных оценок на основе внедрения в практику экспертной деятельности интеллектуальных систем поддержки принятия решений позволит существенным образом уменьшить степень риска возникновения ошибок проектирования и, как следствие, значительно снизить уровень финансовых потерь при реализации проектов ТКС.
Решению проблемы формирования концептуальных и методологических основ организации экспертной деятельности в ходе проектирования ТКС на основе разработки и внедрения ТКЭС как системы поддержки принятия экспертного решения посвящено данное диссертационное исследование.
Объектом исследования являются перспективные гетерогенные мультисервисные телекоммуникационные системы.
Предметом исследования является процесс экспертизы качества системообразующих проектно-технических решений, предлагаемых к реализации в ходе проектирования телекоммуникационных систем, протекающий в изменяющихся условиях различного характера и уровня априорной неопределенности исходных данных о проектируемой системе.
Целью работы является разработка концептуальных и методологических основ автоматизации процесса экспертной деятельности, осуществляемой в ходе разработки проектов перспективных телекоммуникационных систем, предусматривающей создание и внедрение телекоммуникационных экспертных систем, позволяющих существенно снизить финансовые и временные затраты на проектирование и последующую эксплуатацию телекоммуникационных систем за счет снижения уровня рисков принятия субъективно-ошибочных проектно-технических решений.
Научная проблема, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке концептуальных и методологических основ экспертизы проектов телекоммуникационных систем, предусматривающих создание и внедрение интеллектуальных телекоммуникационных экспертных систем, позволяющих существенно снизить уровень объективного противоречия между субъективным характером формирования экспертных оценок системообразующих проектно-технических решений, принимаемых в ходе разработки телекоммуникационных систем, с одной стороны, и ростом степени автоматизации процесса проектирования телекоммуникационных систем, с другой.
Методы исследования. Теория сложных систем, тоория вероятностей и случайных процессов, теория декомпозиции, теория анализа эффективности, теория оптимизации, теория переменных состояния, теория марковских процессов, теория массового обслуживания, теория стохастического оценивания, теория нечетких множеств, теория нечеткого управления, теория искусственных нейронных сетей, теория принятия решений в условиях неопределенности, математическое программирование, аналитическое и имитационное моделирование.
Основные научные результаты, выносимые на защиту.
-
Метод синтеза оптимальных систем экспертных показателей качества перспективных телекоммуникационных систем, позволяющий формировать на основе разработанных алгоритмов декомпозиции и редукции системы безызбыточных и чувствительных к особенностям проектно-технических решений показателей качества на различных этапах проектирования мультисервисных и гетерогенных телекоммуникационных систем.
-
Результаты разработки моделей процессов функционирования перспективных телекоммуникационных систем, учитывающих особенности функционирования мультисервисных гетерогенных систем в условиях различного уровня и характера априорной неопределенности относительно свойств протекающих в них процессов.
-
Результаты разработки алгоритмов экстраполяции-оценивания состояний моделей процесса изменения значений экспертных показателей качества в условиях стохастической и нечеткой априорной неопределенности исходных данных для проектирования телекоммуникационных систем.
-
Метод многоуровневого оценивания систем экспертных показателей качества перспективных телекоммуникационных сетей, включающих в себя экспертные показатели качества физического, канального, сетевого уровней и критерии оценки численных значений экспертных показателей качества, позволяющие учесть основные особенности перспективных мультисервисных гетерогенных телекоммуникационных систем.
-
Концептуальные основы технической реализации телекоммуникационных экспертных систем на основе моделей функционирования и алгоритмов экстраполяции-оценивания значений экспертных показателей качества в условиях различного уровня и характера априорной неопределенности на различных этапах проектирования телекоммуникационных систем.
Научная новизна работы обусловлена тем, что в ней:
-
Впервые разработаны концептуальные и методологические основы экспертизы телекоммуникационных проектов на основе внедрения в практику экспертной деятельности телекоммуникационной экспертной системы как системы поддержки принятия экспертного решения о целесообразности внедрения в разрабатываемую телекоммуникационную систему различных вариантов проектно-технических решений.
-
С целью создания аппаратно-программного комплекса системы поддержки принятия экспертного решения разработаны новые модели процесса (подпроцессов) функционирования перспективных телекоммуникационных систем, алгоритмы экстраполяции-оценивания значений экспертных показателей качества в условиях различного характера и уровней априорной неопределенности.
-
Разработаны новые методики синтеза оптимальных систем экспертных показателей качества и критериев оценки показателей для различных уровней ЭМ ВОС в условиях неопределенности. Синтезированные на основе разработанных методик системы экспертных показателей качества и критериев их оценивания впервые позволили учесть особенности реализации различных проектно-технических решений на физическом, канальном и сетевом уровнях ЭМ ВОС при формировании превентивных экспертных оценок качества проектно-технических решений, предлагаемых к реализации на различных этапах проектирования телекоммуникационных систем.
4. Новизна полученных результатов, с точки зрения научной значимости, способствует развитию теории оценивания, теории моделирования процессов, реально протекающих в сложных информвционно-технических системах, теории контроля качества сложных динамических систем. Реализация новых результатов направлена на получение достоверной и безызбыточной информации о качестве перспективных гетерогенных мультисервисных телекоммуникационных систем на различных этапах проектирования.
Практическая ценность работы определяется тем, что реализация разработанных концептуальных основ автоматизации экспертной деятельности на основе внедрения телекоммуникационной экспертной системы, создаваемой в соответствии с обоснованно выбранными принципами построения, разработанными моделями, методами и алгоритмами позволит существенно снизить уровень экономических потерь в процессе разработки и эксплуатации перспективных телекоммуникационных систем на основе повышения степени объективности экспертных оценок качества проектно-технических решений, формируемых на различных этапах проектирования.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований реализованы в ОКР «Дигер», выполненной по заказу МВД России, при создании нормативно-технической базы и руководящих документов по проектированию перспективных телекоммуникационных систем двойного назначения 16 ЦНИИС МО, а так же в ходе проведения экспертизы проектов оснащения объектов опытного района Объединенной автоматизированной цифровой системы связи ВС РФ 17 ЦПИС МО, что подтверждается соответствующими актами.
Апробации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 22-ой юбилейной НТК ВАС в Санкт-Петербурге в 1994 году, НТК ВИПС в 1995 году в Орле, НТК “Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2003)” в Санкт-Петербурге в 2003 году, всеармейской научно-практической конференции «Инновационная деятельность в Вооруженных силах РФ» в Санкт-Петербурге в 2003 году, II Международной научно-практической конференции «Экономика и инфокоммуникации в XXI веке» в Санкт-Петербурге в 2003 году, межвузовской НТК «Военная электроника. Опыт использования и проблемы, подготовка специалистов» в Воронеже в 2004 году, Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов» в Москве в 2003 году, 6-ой Всероссийской конференции «Проблемы развития технологических систем государственных органов охраны, специальной связи и информации» в Орле в 2009 г.
Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в монографии, в 60 печатных работах (из них 28 статей в журналах перечня ВАК) и 3 изобретениях. На часть публикаций с основными результатами работы приведены ссылки в конце автореферата.
Структура и объем работы.. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и отдельной книги приложений. Она содержит 475 листов, включая 357 листов текста, 92 листа с таблицами, графиками и рисунками, 6 листов перечня сокращений, 20 листов списка использованных источников, включающего 165 наименований, и 414 листов приложений в отдельной книге.
